接続ユニットおよび蓄電装置
【課題】 電気的に接続された複数の蓄電素子のうち、任意の蓄電素子を充放電時の電流経路から外すことができる接続ユニットを提供する。
【解決手段】 複数の蓄電素子（１０）を電気的に接続するための接続ユニット（２０）であって、第１通電ライン（４１）と、第２通電ライン（４１）と、導電部材（４４）とを有する。第１通電ラインは、蓄電素子の正極端子（１１）および負極端子（１２）のうち、一方の端子と電気的に接続され、蓄電素子の充放電に用いられる。第２通電ラインは、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と電気的に接続可能であり、蓄電素子の充放電に用いられる。導電部材は、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と、第２通電ラインとを電気的に接続するために用いられる。また、導電部材は、軸部（４４ａ）を中心として、他方の端子と接触する位置から一方の端子と接触する位置に回転可能である。
【解決手段】 複数の蓄電素子（１０）を電気的に接続するための接続ユニット（２０）であって、第１通電ライン（４１）と、第２通電ライン（４１）と、導電部材（４４）とを有する。第１通電ラインは、蓄電素子の正極端子（１１）および負極端子（１２）のうち、一方の端子と電気的に接続され、蓄電素子の充放電に用いられる。第２通電ラインは、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と電気的に接続可能であり、蓄電素子の充放電に用いられる。導電部材は、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と、第２通電ラインとを電気的に接続するために用いられる。また、導電部材は、軸部（４４ａ）を中心として、他方の端子と接触する位置から一方の端子と接触する位置に回転可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子が電気的に接続された構成において、任意の蓄電素子を電流経路から外すことができる蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単電池を電気的に直列に接続して組電池を構成することがある。単電池として、いわゆる角型の単電池を用いる場合には、例えば、複数の単電池を一方向に並べておき、隣り合って配置された２つの単電池をバスバーによって電気的に直列に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８２７９９号公報
【特許文献２】特開平０６−１４００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
組電池では、単電池の劣化度合いにバラツキが生じることがあり、特定の単電池だけが他の単電池よりも劣化してしまうことがある。ここで、劣化の進行した単電池だけを交換すればよいが、単電池を交換するための作業が面倒となることがある。特に、複数の単電池が一対のエンドプレートによって挟まれている場合には、エンドプレートを外してから、単電池を交換する必要があり、単電池の交換作業が面倒となる。
【０００５】
一方、劣化した単電池を含む組電池を交換することも考えられるが、この組電池には、劣化の進行していない単電池も含まれるため、この単電池を寿命まで使用できなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の蓄電素子を電気的に接続するための接続ユニットであって、第１通電ラインと、第２通電ラインと、導電部材とを有する。第１通電ラインは、蓄電素子の正極端子および負極端子のうち、一方の端子と電気的に接続され、蓄電素子の充放電に用いられる。第２通電ラインは、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と電気的に接続可能であり、蓄電素子の充放電に用いられる。導電部材は、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と、第２通電ラインとを電気的に接続するために用いられる。また、導電部材は、軸部を中心として、他方の端子と接触する位置から一方の端子と接触する位置に回転可能である。
【０００７】
正極端子および負極端子の間に、導電部材の軸部を配置することができる。また、導電部材には、他方の端子が貫通する開口部を設けることができる。ここで、導電部材の回転に応じて、開口部に一方の端子を進入させることができる。これにより、開口部を用いて、導電部材を正極端子や負極端子に接続することができる。
【０００８】
第１通電ライン、第２通電ラインおよび導電部材を支持するケースを、絶縁材料で形成することができる。また、ケースを貫通した正極端子および負極端子と係合し、ケースを正極端子および負極端子に固定するための固定部材を用いることができる。
【０００９】
導電部材を回転させるための動力を発生するモータと、モータの動力を導電部材に伝達して、導電部材を回転させる動力伝達機構とを設けることができる。これにより、モータの制御によって、導電部材を回転させることができる。
【００１０】
複数の蓄電素子を一方向に並んで配置した場合には、複数の蓄電素子の配列方向において、複数の蓄電素子を挟んで拘束する拘束機構を設けることができる。拘束機構を用いた蓄電装置では、拘束機構による拘束力を、複数の蓄電素子に作用させたままの状態において、任意の蓄電素子を充放電時の電流経路から外すことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導電部材を他方の端子（正極端子又は負極端子）に接触させれば、蓄電素子の充放電を行うことができる。また、導電部材を回転させて一方の端子（負極端子又は正極端子）に接触させれば、充放電時の電流経路において、蓄電素子をバイパスすることができる。このように、導電部材を回転させるだけで、蓄電素子の充放電を許容したり、禁止したりすることができ、蓄電素子を蓄電装置から物理的に取り除く必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１である電池パックの一部の外観図である。
【図２】実施例１において、単電池および接続ユニットの外観図である。
【図３】実施例１における接続ユニットの一部の外観図である。
【図４】実施例１である電池パックの断面図である。
【図５】実施例１である電池パックの上面図である。
【図６】バイパス処理を行う前の電池パックと等価の回路構成を示す図である。
【図７】バイパス処理を行った後の電池パックと等価の回路構成を示す図である。
【図８】バスバーを回転させる駆動機構を示す概略図である。
【図９】実施例１である電池パックが搭載された車両におけるシステム構成を示す回路図である。
【図１０】電池パックが搭載された車両において、単電池の劣化判定を示すフローチャートである。
【図１１】実施例１の変形例において、単電池の劣化判定およびバイパス処理を示すフローチャートである。
【図１２】電池パックが搭載された車両において、電池パックの充放電制御を示すフローチャートである。
【図１３】実施例２である接続ユニットの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置に相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池パックの一部の構成を示す外観図である。図１に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、Ｚ軸を鉛直方向に相当する軸としている。
【００１５】
電池パック１００は、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、仕切り板１０１が配置されている。仕切り板１０１は、樹脂といった絶縁材料で形成することができる。仕切り板１０１は、この仕切り板１０１を挟む２つの単電池１０のうち、一方の単電池１０を保持するとともに、他方の単電池１０と対向する面に突起部（不図示）を有する。なお、Ｘ方向における電池パック１００の一端では、単電池１０が、仕切り板１０１と、後述するエンドプレート１０２とによって挟まれている。
【００１６】
仕切り板１０１の突起部が単電池１０に接触することにより、単電池１０および仕切り板１０１の間にスペースを形成することができる。このスペースは、単電池１０の温度を調節するための熱交換媒体が移動するスペースとなる。熱交換媒体としては、空気などの気体や液体を用いることができる。液体を用いる場合には、例えば、密閉状態のケースに対して、電池パック１００とともに、絶縁性を有する液体（例えば、フロリナート）を収容することができる。
【００１７】
単電池１０が充放電等によって発熱しているときには、上記スペースを利用して、冷却用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１０が過度に冷却されているときには、上記スペースを利用して、加温用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。
【００１８】
Ｘ方向における電池パック１００の両端には、一対のエンドプレート（拘束機構の一部）１０２が配置されている。エンドプレート１０２は、例えば、樹脂で形成することができる。一対のエンドプレート１０２には、Ｘ方向に延びる拘束バンド（拘束機構の一部）の両端が固定される。拘束バンドおよびエンドプレート１０２を用いて、単電池１０に対して拘束力を与えることができる。拘束力は、Ｘ方向において単電池１０を挟む力であり、単電池１０の膨張を抑制することができる。
【００１９】
単電池１０は、電池ケースと、電池ケースに収容された発電要素とを有する。発電要素は、充放電を行うことができる要素であり、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータ（電解液を含む）とで構成することができる。正極素子は、集電板の表面に、正極活物質を含む層を形成したものである。負極素子は、集電板の表面に、負極活物質を含む層を形成したものである。
【００２０】
単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。本実施例では、複数の単電池１０をＸ方向に並べているが、これに限るものではない。例えば、複数の単電池１０を用いて１つの電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールをＸ方向に並べることもできる。
【００２１】
単電池１０の上面には、正極端子（電極端子ともいう）１１および負極端子（電極端子ともいう）１２が設けられている。正極端子１１は、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子１２は、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。複数の単電池１０は、接続ユニットによって電気的に直列に接続される。
【００２２】
次に、接続ユニットの構成について説明する。図１に示す電池パック１００の上面には、図２に示す接続ユニット２０が配置される。図２は、接続ユニット２０の一部の外観を示している。接続ユニット２０は、単電池１０の正極端子１１および負極端子１２に対してナット（固定部材に相当する）３０ａ，３０ｂによって固定される。正極端子１１および負極端子１２の外周面には、ナット３０ａ，３０ｂと噛み合うネジ溝が形成されている。
【００２３】
電池ケース１３の上面には、安全弁１４が設けられており、安全弁１４は、電池ケース１３の内部で発生したガスを電池ケース１３の外部に放出させるために用いられる。安全弁１４は、いわゆる破壊型又は復帰型の弁を用いることができる。破壊型の安全弁１４は、閉じ状態から開き状態に不可逆的に変化する弁である。復帰型の安全弁１４は、閉じ状態および開き状態の間で可逆的に変化する弁である。
【００２４】
接続ユニット２０は、安全弁１４から離れた位置に配置される。ここで、図４に示すように、仕切り板１０１は、電池ケース１３の上面よりも上方に突出しており、接続ユニット２０は、仕切り板１０１の上端部に接触するようになっている。これにより、接続ユニット２０および安全弁１４の間には、スペースＳが形成され、安全弁１４から排出されるガスの移動経路を確保することができる。
【００２５】
接続ユニット２０は、樹脂などの絶縁材料で形成されたケース２１を有している。ケース２１の底面２１ａには、図３に示すように、配線４１が固定されており、配線４１は、ケース２１の底面２１ａに沿って配置されている。ケース２１の底面２１ａには、正極端子１１および負極端子１２を貫通させるための開口部２１ｂ，２１ｃが形成されている。
【００２６】
配線４１の一端４１ａは、ケース２１の底面２１ａを貫通した負極端子１２と接触する。配線４１の一端４１ａは、リング状に形成されており、負極端子１２の外周に沿って配置されている。負極端子１２には、ナット３０ａおよび座金３１ａが固定される。これにより、配線４１の一端４１ａと負極端子１２との間の電気的な接続を確保することができる。ここで、図３において、一端４１ａを有する配線４１は、本発明の第１通電ラインに相当する。
【００２７】
座金３１ａには、電圧検出線５１ａが取り付けられており、電圧検出線５１ａは、電圧検出回路５２に接続されている。電圧検出回路５２は、単電池１０の電圧を検出し、検出電圧は、単電池１０の充放電を制御するために用いられる。
【００２８】
配線４１は、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を電気的に直列に接続するために用いられる。図３は、負極端子１２に接続される配線４１の一端４１ａだけを示しているが、この配線４１の他端４１ｂは、他の単電池１０の正極端子１１に対して、図３に示す構造と同じ構造によって接続されている。
【００２９】
配線４１の他端４１ｂは、締結金具４２と接続されている。締結金具４２は、２つのボルト４３ａ，４３ｂによってケース２１の底面２１ａに固定され、バスバー（導電部材）４４の回転軸４４ａを押さえている。ボルト４３ａは、締結金具４２および配線４１の他端４１ｂを接続するためにも用いられる。バスバー４４は、締結金具４２を介して、配線４１と電気的に接続される。ここで、図３において、他端４１ｂを有する配線４１は、本発明の第２通電ラインに相当する。
【００３０】
位置決め金具４５は、バスバー４４の回転軸４４ａを位置決めするために用いられ、ボルト４３ｃによって、ケース２１の底面２１ａに固定されている。締結金具４２および位置決め金具４５が、回転軸４４ａの両端を押さえることにより、バスバー４４は、回転軸４４ａを中心として、矢印Ｄで示す方向に回転することができる。バスバー４４は、開口部４４ｃが形成されたプレート部４４ｂを有する。
【００３１】
開口部４４ｃは、ケース２１の開口部２１ｂを貫通した正極端子１１と接触する。すなわち、正極端子１１は、ケース２１の開口部２１ｂを貫通するとともに、バスバー４４の開口部４４ｃを貫通する。この状態において、正極端子１１には、ナット３０ｂおよび座金３１ｂが固定される。これにより、正極端子１１は、バスバー４４を介して、配線４１と電気的に接続される。座金３１ｂには、電圧検出線５１ｂが取り付けられており、電圧検出線５１ｂは、電圧検出回路５２に接続されている。電圧検出回路５２は、電圧検出線５１ａ，５１ｂを介して、単電池１０の端子間電圧を検出することができる。
【００３２】
図３に示す構造は、単電池１０毎に設けられている。図５に示すように、すべてのバスバー４４を、対応する正極端子１１に接触させれば、Ｘ方向に並んで配置されたすべての単電池１０を電気的に直列に接続することができる。
【００３３】
なお、本実施例では、すべての単電池１０を電気的に直列に接続しているが、これに限るものではない。電気的に並列に接続される複数の単電池１０が含まれていてもよい。また、本実施例では、配線４１の一端４１ａを負極端子１２に接続し、バスバー４４を正極端子１１に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、配線４１の一端４１ａを正極端子１１に接続し、バスバー４４を負極端子１２に接続することもできる。
【００３４】
正極端子１１からナット３０ｂおよび座金３１ｂを外すと、バスバー４４を、回転軸４４ａの周りで回転させることができる。ここで、締結金具４２や位置決め金具４５による回転軸４４ａの押し付けを緩めれば、バスバー４４を回転させ易くなる。バスバー４４を図４の矢印Ｄ１の方向に回転させると、バスバー４４を負極端子１２に接続することができる。すなわち、負極端子１２が、バスバー４４の開口部４４ｃを貫通することになる。
【００３５】
バスバー４４の開口部４４ｃを貫通した負極端子１２に対して、ナット３０ａおよび座金３１ａを取り付ければ、バスバー４４を負極端子１２に固定することができる。なお、ナット３０ｂおよび座金３１ｂは、バスバー４４が外れた正極端子１１に取り付けられる。本実施例では、バスバー４４に開口部４４ｃを形成しているが、これに限るものではない。すなわち、バスバー４４を電極端子１１，１２に接続することができればよく、例えば、電極端子１１，１２の外周に沿った切り欠き部をバスバー４４に形成することができる。
【００３６】
バスバー４４を負極端子１２に接続すると、このバスバー４４に対応した単電池１０を、充放電の電流経路から外すことができる。本実施例では、この処理を、バイパス処理という。バイパス処理された単電池１０については、電池パック１００の充放電に用いられないことになる。これにより、任意の単電池１０を電池パック１００内に配置したままの状態において、この単電池１０を電気的回路から取り除くことができる。
【００３７】
一方、すべての電極端子１１，１２からナット３０ａ，３０ｂおよび座金３１ａ，３１ｂを取り外すと、すべての単電池１０と接続ユニット２０とを分離させることができる。ここで、すべてのバスバー４４を負極端子１２に接続しておけば、すべての単電池１０の電気的な接続を遮断した状態において、接続ユニット２０を取り外すことができる。これにより、使用済みの電池パック１００を解体するときの安全性を向上させることができる。
【００３８】
図４および図５に示すように、電池パック１００の上面には、２つの拘束バンド６１が配置されており、各拘束バンド６１は、Ｘ方向に延びている。拘束バンド６１の両端部６１ａは、ボルト６３によって、エンドプレート１０２に固定される。２つの拘束バンド６１は、Ｙ方向において、接続ユニット２０を挟む位置に配置されている。
【００３９】
一方、電池パック１００の底面には、２つの拘束バンド６２が配置されており、各拘束バンド６２は、Ｘ方向に延びている。拘束バンド６２の両端部６２ａは、ボルトによって、エンドプレート１０２に固定される。拘束バンド６１，６２を配置する位置は、図４および図５に示す位置に限るものではない。拘束バンド６１，６２の両端を、一対のエンドプレート１０２に接続して、単電池１０の拘束力を発生させることができればよい。
【００４０】
図６および図７は、電池パック１００の一部と等価の回路構成を示す図である。図６は、バスバー４４が正極端子１１に接続された状態を示しており、単電池１０のバイパス処理を行っていないときの回路構成である。図６に示す状態では、すべての単電池１０が電気的に直列に接続されており、すべての単電池１０に対して充放電が行われる。図６に示す矢印は、充電時に電流が流れる方向を示している。電圧検出回路５２は、各単電池１０の電圧を検出することができる。
【００４１】
各単電池１０に対応したバスバー４４を回転させて、負極端子１２に接続すると、図７に示す回路構成となる。図７に示す状態では、単電池１０のバイパス処理が行われており、単電池１０には、充放電電流が流れないようになっている。電圧検出回路５２によって検出される各単電池１０の電圧は、ゼロ［Ｖ］となる。
【００４２】
バスバー４４は、モータを含む駆動機構によって、自動的に回転させることもできる。図８は、バスバー４４を駆動する機構を示す概略図であり、この機構は、接続ユニット２０に設けることができる。モータ７１は、バスバー４４を回転させるための駆動源となる。モータ７１の出力軸には、ウォームギヤ（動力伝達機構の一部）７２が取り付けられており、ウォームギヤ７２は、モータ７１からの動力を受けて矢印Ｍの方向に回転する。ウォームギヤ７２は、ウォームホイール（動力伝達機構の一部）７３と噛み合っており、ウォームホイール７３は、バスバー４４の回転軸４４ａに固定されている。ウォームホイール７３がモータ７１からの駆動力を受けて回転することにより、バスバー４４が矢印Ｄの方向に回転する。
【００４３】
モータ７１の駆動を制御することにより、正極端子１１と接触する位置から負極端子１２に接触する位置にバスバー４４を回転させることができる。ここで、ナット３０ａ，３０ｂや座金３１ａ，３１ｂを用いているときには、バスバー４４を回転させる前に、ナット３０ａ，３０ｂや座金３１ａ，３１ｂを電極端子１１，１２から外しておく必要がある。一方、モータ７１の保持トルクを用いてバスバー４４を電極端子１１，１２に接触させておくこともできる。この場合には、ナット３０ａ，３０ｂや座金３１ａ，３１ｂを省略することができる。
【００４４】
本実施例の電池パック１００は、車両に搭載することができる。この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、電池パック１００の他に、燃料電池又はエンジンなどを備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として、電池パック１００だけを用いた車両である。
【００４５】
図９には、ハイブリッド自動車の回路構成を示している。電池パック１００は、リレー２０１ａ，２０１ｂを介して昇圧回路２０２に接続されている。昇圧回路２０２は、電池パック１００からの出力電圧を上昇させて、インバータ２０３に供給する。インバータ２０３は、昇圧回路２０２からの出力電力（直流電力）を交流電力に変換して、モータ（三相交流モータ）２０４に供給する。モータ２０４で発生した運動エネルギを車輪２０５に伝達することにより、車両を走行させることができる。
【００４６】
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ２０４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換して、インバータ２０３に供給する。インバータ２０３は、モータ２０４からの交流電力を直流電力に変換して、昇圧回路２０２に供給する。昇圧回路２０２は、インバータ２０３からの出力電圧を低下させて、電池パック１００に供給する。
【００４７】
エンジン２０６で生成された運動エネルギは、車輪２０５を駆動するために用いられる。また、モータ２０４は、エンジン２０６で生成された運動エネルギを電気エネルギに変換して、電池パック１００に供給する。図９に示す構成において、昇圧回路２０２を省略することができる。また、交流モータ２０４を用いないのであれば、インバータ２０３を省略することができる。
【００４８】
電圧検出回路５２は、各単電池１０の電圧を検出し、この検出結果を電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１０に出力する。電流センサ２０８は、充放電時の電流値を検出し、この検出結果を電池ＥＣＵ２１０に出力する。温度センサ２０９は、電池パック１００の温度を検出し、この検出結果を電池ＥＣＵ２１０に出力する。電池ＥＣＵ２１０は、電圧検出回路５２、電流センサ２０８および温度センサ２０９の出力に基づいて、単電池１０の状態を判別する。単電池１０の状態としては、例えば、充電状態（ＳＯＣ;State Of Charge）や劣化状態がある。
【００４９】
ＨＶ−ＥＣＵ（Hybrid Vehicle Electronic Control Unit）２１１は、電池ＥＣＵ２１０との間で通信を行い、電池パック１００の充放電を制御する。また、ＨＶ-ＥＣＵ２１１は、昇圧回路２０２、インバータ２０３およびエンジン２０６の動作を制御する。表示部２１２は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１からの制御信号を受けて、特定の情報を表示する。表示部２１２としては、例えば、車両に搭載されたナビゲーションシステムで用いられるディスプレイや、車両の走行速度等を表示するためのディスプレイを用いることができる。
【００５０】
電池パック１００の制御動作について、図１０を用いて説明する。図１０に示す処理は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１によって行われる。
【００５１】
ステップＳ１０１において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、イグニッションスイッチがオンに切り替わったか否かを判別し、イグニッションスイッチがオンになれば、ステップＳ１０２の処理を行う。ステップＳ１０２において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００の充放電を制御しながら、車両を走行させる。例えば、充放電時の電力が予め設定された閾値を超えないように、電池パック１００の充放電制御を行うことができる。また、電池パック１００の電圧が上限電圧および下限電圧の範囲内に収まるように、電池パック１００の充放電制御を行うことができる。
【００５２】
電池パック１００の充放電を行っている間、電池ＥＣＵ２１０は、電圧検出回路５２や温度センサ２０９の出力に基づいて、単電池１０の電圧や温度を監視する（Ｓ１０３）。ステップＳ１０４において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池ＥＣＵ２１０の監視結果に基づいて、劣化状態の単電池１０が存在するか否かを判別する。
【００５３】
単電池１０の劣化状態は、例えば、単電池１０の電圧値や温度に基づいて判別することができる。具体的には、単電池１０の電圧値が、充放電制御で用いられる下限電圧よりも低いときには、単電池１０が劣化状態にあると判別することができる。また、単電池１０の劣化値を算出し、劣化値が閾値に到達したときに、単電池１０が劣化状態にあると判別することができる。劣化値は、単電池１０の内部抵抗によって特定される値である。例えば、単電池１０の抵抗値を劣化値として用いたり、初期状態の単電池１０の抵抗値と、現在の単電池１０の抵抗値との比率を劣化値として用いたりすることができる。ここで、電池パック１００の温度に基づいて、劣化値を補正することができる。
【００５４】
劣化状態の推定方法については、様々な提案がされており、これらの推定方法を本実施例でも適用することができる。本実施例では、バイパス処理の対象となる単電池１０を特定することができればよい。そして、単電池１０が劣化状態であるか否かの判別条件は、適宜設定することができる。
【００５５】
ステップＳ１０５において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、劣化状態の単電池１０に関する情報を表示部２１２に表示させる。表示部２１２に表示させる情報は、特定の単電池１０が劣化状態にあることを示す情報であればよく、例えば、文字や記号等を用いることができる。また、劣化状態の単電池１０に関する情報を、表示部２１１に表示させるだけではなく、他の手段を用いてユーザ等に知らせることができる。他の手段として、例えば、音声を用いることができる。
【００５６】
劣化状態の単電池１０に関する情報をユーザ等に知らせれば、劣化状態の単電池１０に対応したバスバー４４を操作することにより、単電池１０のバイパス処理を行うことができる。
【００５７】
ここで、図８を用いて説明したように、モータ７１の駆動を制御することにより、バスバー４４を回転させることができる構成では、図１０に示す処理の代わりに、図１１に示す処理を行うことができる。図１１に示す処理は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１によって行われる。図１０で説明した処理と同じ処理については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００５８】
ステップＳ１０５において、劣化状態の単電池１０に関する情報を表示部２１２に表示した後、ステップＳ１０６において、劣化状態の単電池１０に対してバイパス処理を行うか否かを判別する。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理を行うか否かの選択情報を表示部２１２に表示させる。そして、ユーザは、バイパス処理を行うか否かの情報を入力することができる。例えば、表示部２１２をタッチパネルで構成して、バイパス処理を行うか否かの情報を入力することができる。ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、ユーザからの情報入力を受けて、バイパス処理を行うか否かを判別する。
【００５９】
バイパス処理を行うときには、ステップＳ１０７に進み、バイパス処理を行わないときには、本処理を終了する。ステップＳ１０７において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、劣化状態の単電池１０に対応したバスバー４４を、動力源を用いて回転させる。動力源としては、例えば、モータ７１を用いることができる。バスバー４４を回転させることにより、劣化状態の単電池１０を、充放電の電流経路から外すことができる。
【００６０】
ステップＳ１０８において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が正常に終了したか否かを判別する。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電圧検出回路５２の出力に基づいて、バイパス処理を行った単電池１０の電圧を確認する。単電池１０の電圧が０［Ｖ］であれば、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が正常に終了したと判別する。一方、単電池１０の電圧が０［Ｖ］でなければ、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が正常に終了していないと判別する。
【００６１】
バイパス処理が正常に終了しているときには、本処理を終了し、正常に終了していないときには、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理にエラーが表示したことを表示部２１２に表示させる。これにより、バイパス処理にエラーが生じたことをユーザに知らせることができ、ユーザは、バイパス処理をチェックすることができる。ここで、作業者が目視することにより、バイパス処理をチェックすることができる。また、モータ７１の駆動を制御することにより、バスバー４４を元の位置に一旦戻した後に、バイパス処理を再び行うことにより、バイパス処理が正常に終了したか否かをチェックすることができる。
【００６２】
次に、単電池１０のバイパス処理を行った後の処理について、図１２を用いて説明する。図１２に示す処理は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１によって実行される。
【００６３】
ステップＳ２０１において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、イグニッションスイッチがオンに切り替わったか否かを判別し、イグニッションスイッチがオンになれば、ステップＳ２０２の処理を行う。ステップＳ２０２において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が行われた単電池１０が存在するか否かを判別する。バイパス処理を行った単電池１０については、電圧値が０［Ｖ］になるため、電圧値が０［Ｖ］となる単電池１０が存在するか否かを判別すればよい。
【００６４】
バイパス処理を行った単電池１０がなければ、本処理を終了する。そして、図１０で説明したように、電池パック１００の充放電を制御しながら、車両を走行させることができる。一方、バイパス処理を行った単電池１０があれば、ステップＳ２０３の処理に進む。ステップＳ２０３において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が行われた単電池１０の総数が、所定数よりも多いか否かを判別する。所定数は、図９に示すシステムで要求される出力に基づいて、予め設定された値であり、メモリに格納しておくことができる。バイパス処理が行われる単電池１０の数が増えるほど、電池パック１００の出力が低下するため、システムの要求出力との関係を考慮しながら、所定数を設定することができる。
【００６５】
バイパス処理された単電池１０の総数が所定数よりも多いときには、ステップＳ２０４において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００を交換する必要があると判断する。このとき、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００を交換する必要があることを示す情報を、表示部２１２に表示させることができる。なお、電池パック１００を交換する必要があることを示す情報は、音声等を用いてユーザ等に知らせることもできる。電池パック１００を交換する必要があると判断したとき、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００の充放電を禁止する。
【００６６】
バイパス処理された単電池１０の総数が所定数よりも少ないとき、ステップＳ２０５において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００の充放電で用いられる制御パラメータを変更する。制御パラメータとしては、例えば、単電池１０の充放電制御で用いられる上限電圧／下限電圧や、単電池１０の入出力の上限値がある。制御パラメータの変更例としては、バイパス処理された単電池１０の数が増えるほど、上限電圧および下限電圧の範囲を狭くすることができる。例えば、バイパス処理された単電池１０の数が増えるほど、上限電圧を小さくすることができる。一方、バイパス処理された単電池１０の数が増えるほど、単電池１０の入出力の上限値を小さくすることができる。
【００６７】
バイパス処理された単電池１０の総数と、制御パラメータとの対応関係を示すマップを予め用意しておけば、バイパス処理された単電池１０の総数に応じて、制御パラメータを特定することができる。このマップは、メモリに格納しておくことができる。なお、バイパス処理された単電池１０の総数に対応した制御パラメータを、演算によって求めることもできる。バイパス処理された単電池１０の総数に応じて、制御パラメータを変更することにより、充放電に用いられる単電池１０の数に適した充放電制御を行うことができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明の実施例２である電池パックについて、図１３を用いて説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００６９】
実施例１では、バスバー４４の回転軸４４ａがＸ方向に延びているが、本実施例では、バスバー４４の回転軸４４ａがＺ方向に延びている。これにより、バスバー４４のプレート部４４ｂは、Ｚ軸の周りで回転する。単電池１０のバイパス処理を行わないときには、バスバー４４のプレート部４４ｂは、正極端子１１の外周面に接触している。一方、単電池１０のバイパス処理を行うときには、バスバー４４を矢印Ｄ２の方向に回転させることにより、プレート部４４ｂを負極端子１２の外周面に接触させることができる。本実施例は、実施例１と比べて、バスバー４４を回転させる方向を変更しただけであり、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１００：電池パック（蓄電装置） １０１：仕切り板
１０２：エンドプレート（拘束機構の一部） １０：単電池（蓄電素子）
１１：正極端子 １２：負極端子
１３：電池ケース １４：安全弁
２０：接続ユニット ２１：ケース
２１ａ：底面 ３０ａ，３０ｂ：ナット（固定部材）
３１ａ，３１ｂ：座金
４１：配線（第１通電ラインおよび第２通電ライン）
４２：締結金具 ４３ａ〜４３ｃ：ボルト
４４：バスバー（導電部材） ４４ａ：回転軸
４４ｂ：プレート部 ４４ｃ：開口部
４５：位置決め金具
６１，６２：拘束バンド（拘束機構の一部）
７１：モータ
７２：ウォームギヤ（動力伝達機構の一部）
７３：ウォームホイール（動力伝達機構の一部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子が電気的に接続された構成において、任意の蓄電素子を電流経路から外すことができる蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単電池を電気的に直列に接続して組電池を構成することがある。単電池として、いわゆる角型の単電池を用いる場合には、例えば、複数の単電池を一方向に並べておき、隣り合って配置された２つの単電池をバスバーによって電気的に直列に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８２７９９号公報
【特許文献２】特開平０６−１４００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
組電池では、単電池の劣化度合いにバラツキが生じることがあり、特定の単電池だけが他の単電池よりも劣化してしまうことがある。ここで、劣化の進行した単電池だけを交換すればよいが、単電池を交換するための作業が面倒となることがある。特に、複数の単電池が一対のエンドプレートによって挟まれている場合には、エンドプレートを外してから、単電池を交換する必要があり、単電池の交換作業が面倒となる。
【０００５】
一方、劣化した単電池を含む組電池を交換することも考えられるが、この組電池には、劣化の進行していない単電池も含まれるため、この単電池を寿命まで使用できなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の蓄電素子を電気的に接続するための接続ユニットであって、第１通電ラインと、第２通電ラインと、導電部材とを有する。第１通電ラインは、蓄電素子の正極端子および負極端子のうち、一方の端子と電気的に接続され、蓄電素子の充放電に用いられる。第２通電ラインは、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と電気的に接続可能であり、蓄電素子の充放電に用いられる。導電部材は、正極端子および負極端子のうちの他方の端子と、第２通電ラインとを電気的に接続するために用いられる。また、導電部材は、軸部を中心として、他方の端子と接触する位置から一方の端子と接触する位置に回転可能である。
【０００７】
正極端子および負極端子の間に、導電部材の軸部を配置することができる。また、導電部材には、他方の端子が貫通する開口部を設けることができる。ここで、導電部材の回転に応じて、開口部に一方の端子を進入させることができる。これにより、開口部を用いて、導電部材を正極端子や負極端子に接続することができる。
【０００８】
第１通電ライン、第２通電ラインおよび導電部材を支持するケースを、絶縁材料で形成することができる。また、ケースを貫通した正極端子および負極端子と係合し、ケースを正極端子および負極端子に固定するための固定部材を用いることができる。
【０００９】
導電部材を回転させるための動力を発生するモータと、モータの動力を導電部材に伝達して、導電部材を回転させる動力伝達機構とを設けることができる。これにより、モータの制御によって、導電部材を回転させることができる。
【００１０】
複数の蓄電素子を一方向に並んで配置した場合には、複数の蓄電素子の配列方向において、複数の蓄電素子を挟んで拘束する拘束機構を設けることができる。拘束機構を用いた蓄電装置では、拘束機構による拘束力を、複数の蓄電素子に作用させたままの状態において、任意の蓄電素子を充放電時の電流経路から外すことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導電部材を他方の端子（正極端子又は負極端子）に接触させれば、蓄電素子の充放電を行うことができる。また、導電部材を回転させて一方の端子（負極端子又は正極端子）に接触させれば、充放電時の電流経路において、蓄電素子をバイパスすることができる。このように、導電部材を回転させるだけで、蓄電素子の充放電を許容したり、禁止したりすることができ、蓄電素子を蓄電装置から物理的に取り除く必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１である電池パックの一部の外観図である。
【図２】実施例１において、単電池および接続ユニットの外観図である。
【図３】実施例１における接続ユニットの一部の外観図である。
【図４】実施例１である電池パックの断面図である。
【図５】実施例１である電池パックの上面図である。
【図６】バイパス処理を行う前の電池パックと等価の回路構成を示す図である。
【図７】バイパス処理を行った後の電池パックと等価の回路構成を示す図である。
【図８】バスバーを回転させる駆動機構を示す概略図である。
【図９】実施例１である電池パックが搭載された車両におけるシステム構成を示す回路図である。
【図１０】電池パックが搭載された車両において、単電池の劣化判定を示すフローチャートである。
【図１１】実施例１の変形例において、単電池の劣化判定およびバイパス処理を示すフローチャートである。
【図１２】電池パックが搭載された車両において、電池パックの充放電制御を示すフローチャートである。
【図１３】実施例２である接続ユニットの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置に相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池パックの一部の構成を示す外観図である。図１に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、Ｚ軸を鉛直方向に相当する軸としている。
【００１５】
電池パック１００は、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、仕切り板１０１が配置されている。仕切り板１０１は、樹脂といった絶縁材料で形成することができる。仕切り板１０１は、この仕切り板１０１を挟む２つの単電池１０のうち、一方の単電池１０を保持するとともに、他方の単電池１０と対向する面に突起部（不図示）を有する。なお、Ｘ方向における電池パック１００の一端では、単電池１０が、仕切り板１０１と、後述するエンドプレート１０２とによって挟まれている。
【００１６】
仕切り板１０１の突起部が単電池１０に接触することにより、単電池１０および仕切り板１０１の間にスペースを形成することができる。このスペースは、単電池１０の温度を調節するための熱交換媒体が移動するスペースとなる。熱交換媒体としては、空気などの気体や液体を用いることができる。液体を用いる場合には、例えば、密閉状態のケースに対して、電池パック１００とともに、絶縁性を有する液体（例えば、フロリナート）を収容することができる。
【００１７】
単電池１０が充放電等によって発熱しているときには、上記スペースを利用して、冷却用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１０が過度に冷却されているときには、上記スペースを利用して、加温用の熱交換媒体を単電池１０に接触させることにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。
【００１８】
Ｘ方向における電池パック１００の両端には、一対のエンドプレート（拘束機構の一部）１０２が配置されている。エンドプレート１０２は、例えば、樹脂で形成することができる。一対のエンドプレート１０２には、Ｘ方向に延びる拘束バンド（拘束機構の一部）の両端が固定される。拘束バンドおよびエンドプレート１０２を用いて、単電池１０に対して拘束力を与えることができる。拘束力は、Ｘ方向において単電池１０を挟む力であり、単電池１０の膨張を抑制することができる。
【００１９】
単電池１０は、電池ケースと、電池ケースに収容された発電要素とを有する。発電要素は、充放電を行うことができる要素であり、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータ（電解液を含む）とで構成することができる。正極素子は、集電板の表面に、正極活物質を含む層を形成したものである。負極素子は、集電板の表面に、負極活物質を含む層を形成したものである。
【００２０】
単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。本実施例では、複数の単電池１０をＸ方向に並べているが、これに限るものではない。例えば、複数の単電池１０を用いて１つの電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールをＸ方向に並べることもできる。
【００２１】
単電池１０の上面には、正極端子（電極端子ともいう）１１および負極端子（電極端子ともいう）１２が設けられている。正極端子１１は、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子１２は、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。複数の単電池１０は、接続ユニットによって電気的に直列に接続される。
【００２２】
次に、接続ユニットの構成について説明する。図１に示す電池パック１００の上面には、図２に示す接続ユニット２０が配置される。図２は、接続ユニット２０の一部の外観を示している。接続ユニット２０は、単電池１０の正極端子１１および負極端子１２に対してナット（固定部材に相当する）３０ａ，３０ｂによって固定される。正極端子１１および負極端子１２の外周面には、ナット３０ａ，３０ｂと噛み合うネジ溝が形成されている。
【００２３】
電池ケース１３の上面には、安全弁１４が設けられており、安全弁１４は、電池ケース１３の内部で発生したガスを電池ケース１３の外部に放出させるために用いられる。安全弁１４は、いわゆる破壊型又は復帰型の弁を用いることができる。破壊型の安全弁１４は、閉じ状態から開き状態に不可逆的に変化する弁である。復帰型の安全弁１４は、閉じ状態および開き状態の間で可逆的に変化する弁である。
【００２４】
接続ユニット２０は、安全弁１４から離れた位置に配置される。ここで、図４に示すように、仕切り板１０１は、電池ケース１３の上面よりも上方に突出しており、接続ユニット２０は、仕切り板１０１の上端部に接触するようになっている。これにより、接続ユニット２０および安全弁１４の間には、スペースＳが形成され、安全弁１４から排出されるガスの移動経路を確保することができる。
【００２５】
接続ユニット２０は、樹脂などの絶縁材料で形成されたケース２１を有している。ケース２１の底面２１ａには、図３に示すように、配線４１が固定されており、配線４１は、ケース２１の底面２１ａに沿って配置されている。ケース２１の底面２１ａには、正極端子１１および負極端子１２を貫通させるための開口部２１ｂ，２１ｃが形成されている。
【００２６】
配線４１の一端４１ａは、ケース２１の底面２１ａを貫通した負極端子１２と接触する。配線４１の一端４１ａは、リング状に形成されており、負極端子１２の外周に沿って配置されている。負極端子１２には、ナット３０ａおよび座金３１ａが固定される。これにより、配線４１の一端４１ａと負極端子１２との間の電気的な接続を確保することができる。ここで、図３において、一端４１ａを有する配線４１は、本発明の第１通電ラインに相当する。
【００２７】
座金３１ａには、電圧検出線５１ａが取り付けられており、電圧検出線５１ａは、電圧検出回路５２に接続されている。電圧検出回路５２は、単電池１０の電圧を検出し、検出電圧は、単電池１０の充放電を制御するために用いられる。
【００２８】
配線４１は、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を電気的に直列に接続するために用いられる。図３は、負極端子１２に接続される配線４１の一端４１ａだけを示しているが、この配線４１の他端４１ｂは、他の単電池１０の正極端子１１に対して、図３に示す構造と同じ構造によって接続されている。
【００２９】
配線４１の他端４１ｂは、締結金具４２と接続されている。締結金具４２は、２つのボルト４３ａ，４３ｂによってケース２１の底面２１ａに固定され、バスバー（導電部材）４４の回転軸４４ａを押さえている。ボルト４３ａは、締結金具４２および配線４１の他端４１ｂを接続するためにも用いられる。バスバー４４は、締結金具４２を介して、配線４１と電気的に接続される。ここで、図３において、他端４１ｂを有する配線４１は、本発明の第２通電ラインに相当する。
【００３０】
位置決め金具４５は、バスバー４４の回転軸４４ａを位置決めするために用いられ、ボルト４３ｃによって、ケース２１の底面２１ａに固定されている。締結金具４２および位置決め金具４５が、回転軸４４ａの両端を押さえることにより、バスバー４４は、回転軸４４ａを中心として、矢印Ｄで示す方向に回転することができる。バスバー４４は、開口部４４ｃが形成されたプレート部４４ｂを有する。
【００３１】
開口部４４ｃは、ケース２１の開口部２１ｂを貫通した正極端子１１と接触する。すなわち、正極端子１１は、ケース２１の開口部２１ｂを貫通するとともに、バスバー４４の開口部４４ｃを貫通する。この状態において、正極端子１１には、ナット３０ｂおよび座金３１ｂが固定される。これにより、正極端子１１は、バスバー４４を介して、配線４１と電気的に接続される。座金３１ｂには、電圧検出線５１ｂが取り付けられており、電圧検出線５１ｂは、電圧検出回路５２に接続されている。電圧検出回路５２は、電圧検出線５１ａ，５１ｂを介して、単電池１０の端子間電圧を検出することができる。
【００３２】
図３に示す構造は、単電池１０毎に設けられている。図５に示すように、すべてのバスバー４４を、対応する正極端子１１に接触させれば、Ｘ方向に並んで配置されたすべての単電池１０を電気的に直列に接続することができる。
【００３３】
なお、本実施例では、すべての単電池１０を電気的に直列に接続しているが、これに限るものではない。電気的に並列に接続される複数の単電池１０が含まれていてもよい。また、本実施例では、配線４１の一端４１ａを負極端子１２に接続し、バスバー４４を正極端子１１に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、配線４１の一端４１ａを正極端子１１に接続し、バスバー４４を負極端子１２に接続することもできる。
【００３４】
正極端子１１からナット３０ｂおよび座金３１ｂを外すと、バスバー４４を、回転軸４４ａの周りで回転させることができる。ここで、締結金具４２や位置決め金具４５による回転軸４４ａの押し付けを緩めれば、バスバー４４を回転させ易くなる。バスバー４４を図４の矢印Ｄ１の方向に回転させると、バスバー４４を負極端子１２に接続することができる。すなわち、負極端子１２が、バスバー４４の開口部４４ｃを貫通することになる。
【００３５】
バスバー４４の開口部４４ｃを貫通した負極端子１２に対して、ナット３０ａおよび座金３１ａを取り付ければ、バスバー４４を負極端子１２に固定することができる。なお、ナット３０ｂおよび座金３１ｂは、バスバー４４が外れた正極端子１１に取り付けられる。本実施例では、バスバー４４に開口部４４ｃを形成しているが、これに限るものではない。すなわち、バスバー４４を電極端子１１，１２に接続することができればよく、例えば、電極端子１１，１２の外周に沿った切り欠き部をバスバー４４に形成することができる。
【００３６】
バスバー４４を負極端子１２に接続すると、このバスバー４４に対応した単電池１０を、充放電の電流経路から外すことができる。本実施例では、この処理を、バイパス処理という。バイパス処理された単電池１０については、電池パック１００の充放電に用いられないことになる。これにより、任意の単電池１０を電池パック１００内に配置したままの状態において、この単電池１０を電気的回路から取り除くことができる。
【００３７】
一方、すべての電極端子１１，１２からナット３０ａ，３０ｂおよび座金３１ａ，３１ｂを取り外すと、すべての単電池１０と接続ユニット２０とを分離させることができる。ここで、すべてのバスバー４４を負極端子１２に接続しておけば、すべての単電池１０の電気的な接続を遮断した状態において、接続ユニット２０を取り外すことができる。これにより、使用済みの電池パック１００を解体するときの安全性を向上させることができる。
【００３８】
図４および図５に示すように、電池パック１００の上面には、２つの拘束バンド６１が配置されており、各拘束バンド６１は、Ｘ方向に延びている。拘束バンド６１の両端部６１ａは、ボルト６３によって、エンドプレート１０２に固定される。２つの拘束バンド６１は、Ｙ方向において、接続ユニット２０を挟む位置に配置されている。
【００３９】
一方、電池パック１００の底面には、２つの拘束バンド６２が配置されており、各拘束バンド６２は、Ｘ方向に延びている。拘束バンド６２の両端部６２ａは、ボルトによって、エンドプレート１０２に固定される。拘束バンド６１，６２を配置する位置は、図４および図５に示す位置に限るものではない。拘束バンド６１，６２の両端を、一対のエンドプレート１０２に接続して、単電池１０の拘束力を発生させることができればよい。
【００４０】
図６および図７は、電池パック１００の一部と等価の回路構成を示す図である。図６は、バスバー４４が正極端子１１に接続された状態を示しており、単電池１０のバイパス処理を行っていないときの回路構成である。図６に示す状態では、すべての単電池１０が電気的に直列に接続されており、すべての単電池１０に対して充放電が行われる。図６に示す矢印は、充電時に電流が流れる方向を示している。電圧検出回路５２は、各単電池１０の電圧を検出することができる。
【００４１】
各単電池１０に対応したバスバー４４を回転させて、負極端子１２に接続すると、図７に示す回路構成となる。図７に示す状態では、単電池１０のバイパス処理が行われており、単電池１０には、充放電電流が流れないようになっている。電圧検出回路５２によって検出される各単電池１０の電圧は、ゼロ［Ｖ］となる。
【００４２】
バスバー４４は、モータを含む駆動機構によって、自動的に回転させることもできる。図８は、バスバー４４を駆動する機構を示す概略図であり、この機構は、接続ユニット２０に設けることができる。モータ７１は、バスバー４４を回転させるための駆動源となる。モータ７１の出力軸には、ウォームギヤ（動力伝達機構の一部）７２が取り付けられており、ウォームギヤ７２は、モータ７１からの動力を受けて矢印Ｍの方向に回転する。ウォームギヤ７２は、ウォームホイール（動力伝達機構の一部）７３と噛み合っており、ウォームホイール７３は、バスバー４４の回転軸４４ａに固定されている。ウォームホイール７３がモータ７１からの駆動力を受けて回転することにより、バスバー４４が矢印Ｄの方向に回転する。
【００４３】
モータ７１の駆動を制御することにより、正極端子１１と接触する位置から負極端子１２に接触する位置にバスバー４４を回転させることができる。ここで、ナット３０ａ，３０ｂや座金３１ａ，３１ｂを用いているときには、バスバー４４を回転させる前に、ナット３０ａ，３０ｂや座金３１ａ，３１ｂを電極端子１１，１２から外しておく必要がある。一方、モータ７１の保持トルクを用いてバスバー４４を電極端子１１，１２に接触させておくこともできる。この場合には、ナット３０ａ，３０ｂや座金３１ａ，３１ｂを省略することができる。
【００４４】
本実施例の電池パック１００は、車両に搭載することができる。この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、電池パック１００の他に、燃料電池又はエンジンなどを備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として、電池パック１００だけを用いた車両である。
【００４５】
図９には、ハイブリッド自動車の回路構成を示している。電池パック１００は、リレー２０１ａ，２０１ｂを介して昇圧回路２０２に接続されている。昇圧回路２０２は、電池パック１００からの出力電圧を上昇させて、インバータ２０３に供給する。インバータ２０３は、昇圧回路２０２からの出力電力（直流電力）を交流電力に変換して、モータ（三相交流モータ）２０４に供給する。モータ２０４で発生した運動エネルギを車輪２０５に伝達することにより、車両を走行させることができる。
【００４６】
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ２０４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換して、インバータ２０３に供給する。インバータ２０３は、モータ２０４からの交流電力を直流電力に変換して、昇圧回路２０２に供給する。昇圧回路２０２は、インバータ２０３からの出力電圧を低下させて、電池パック１００に供給する。
【００４７】
エンジン２０６で生成された運動エネルギは、車輪２０５を駆動するために用いられる。また、モータ２０４は、エンジン２０６で生成された運動エネルギを電気エネルギに変換して、電池パック１００に供給する。図９に示す構成において、昇圧回路２０２を省略することができる。また、交流モータ２０４を用いないのであれば、インバータ２０３を省略することができる。
【００４８】
電圧検出回路５２は、各単電池１０の電圧を検出し、この検出結果を電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１０に出力する。電流センサ２０８は、充放電時の電流値を検出し、この検出結果を電池ＥＣＵ２１０に出力する。温度センサ２０９は、電池パック１００の温度を検出し、この検出結果を電池ＥＣＵ２１０に出力する。電池ＥＣＵ２１０は、電圧検出回路５２、電流センサ２０８および温度センサ２０９の出力に基づいて、単電池１０の状態を判別する。単電池１０の状態としては、例えば、充電状態（ＳＯＣ;State Of Charge）や劣化状態がある。
【００４９】
ＨＶ−ＥＣＵ（Hybrid Vehicle Electronic Control Unit）２１１は、電池ＥＣＵ２１０との間で通信を行い、電池パック１００の充放電を制御する。また、ＨＶ-ＥＣＵ２１１は、昇圧回路２０２、インバータ２０３およびエンジン２０６の動作を制御する。表示部２１２は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１からの制御信号を受けて、特定の情報を表示する。表示部２１２としては、例えば、車両に搭載されたナビゲーションシステムで用いられるディスプレイや、車両の走行速度等を表示するためのディスプレイを用いることができる。
【００５０】
電池パック１００の制御動作について、図１０を用いて説明する。図１０に示す処理は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１によって行われる。
【００５１】
ステップＳ１０１において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、イグニッションスイッチがオンに切り替わったか否かを判別し、イグニッションスイッチがオンになれば、ステップＳ１０２の処理を行う。ステップＳ１０２において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００の充放電を制御しながら、車両を走行させる。例えば、充放電時の電力が予め設定された閾値を超えないように、電池パック１００の充放電制御を行うことができる。また、電池パック１００の電圧が上限電圧および下限電圧の範囲内に収まるように、電池パック１００の充放電制御を行うことができる。
【００５２】
電池パック１００の充放電を行っている間、電池ＥＣＵ２１０は、電圧検出回路５２や温度センサ２０９の出力に基づいて、単電池１０の電圧や温度を監視する（Ｓ１０３）。ステップＳ１０４において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池ＥＣＵ２１０の監視結果に基づいて、劣化状態の単電池１０が存在するか否かを判別する。
【００５３】
単電池１０の劣化状態は、例えば、単電池１０の電圧値や温度に基づいて判別することができる。具体的には、単電池１０の電圧値が、充放電制御で用いられる下限電圧よりも低いときには、単電池１０が劣化状態にあると判別することができる。また、単電池１０の劣化値を算出し、劣化値が閾値に到達したときに、単電池１０が劣化状態にあると判別することができる。劣化値は、単電池１０の内部抵抗によって特定される値である。例えば、単電池１０の抵抗値を劣化値として用いたり、初期状態の単電池１０の抵抗値と、現在の単電池１０の抵抗値との比率を劣化値として用いたりすることができる。ここで、電池パック１００の温度に基づいて、劣化値を補正することができる。
【００５４】
劣化状態の推定方法については、様々な提案がされており、これらの推定方法を本実施例でも適用することができる。本実施例では、バイパス処理の対象となる単電池１０を特定することができればよい。そして、単電池１０が劣化状態であるか否かの判別条件は、適宜設定することができる。
【００５５】
ステップＳ１０５において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、劣化状態の単電池１０に関する情報を表示部２１２に表示させる。表示部２１２に表示させる情報は、特定の単電池１０が劣化状態にあることを示す情報であればよく、例えば、文字や記号等を用いることができる。また、劣化状態の単電池１０に関する情報を、表示部２１１に表示させるだけではなく、他の手段を用いてユーザ等に知らせることができる。他の手段として、例えば、音声を用いることができる。
【００５６】
劣化状態の単電池１０に関する情報をユーザ等に知らせれば、劣化状態の単電池１０に対応したバスバー４４を操作することにより、単電池１０のバイパス処理を行うことができる。
【００５７】
ここで、図８を用いて説明したように、モータ７１の駆動を制御することにより、バスバー４４を回転させることができる構成では、図１０に示す処理の代わりに、図１１に示す処理を行うことができる。図１１に示す処理は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１によって行われる。図１０で説明した処理と同じ処理については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００５８】
ステップＳ１０５において、劣化状態の単電池１０に関する情報を表示部２１２に表示した後、ステップＳ１０６において、劣化状態の単電池１０に対してバイパス処理を行うか否かを判別する。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理を行うか否かの選択情報を表示部２１２に表示させる。そして、ユーザは、バイパス処理を行うか否かの情報を入力することができる。例えば、表示部２１２をタッチパネルで構成して、バイパス処理を行うか否かの情報を入力することができる。ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、ユーザからの情報入力を受けて、バイパス処理を行うか否かを判別する。
【００５９】
バイパス処理を行うときには、ステップＳ１０７に進み、バイパス処理を行わないときには、本処理を終了する。ステップＳ１０７において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、劣化状態の単電池１０に対応したバスバー４４を、動力源を用いて回転させる。動力源としては、例えば、モータ７１を用いることができる。バスバー４４を回転させることにより、劣化状態の単電池１０を、充放電の電流経路から外すことができる。
【００６０】
ステップＳ１０８において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が正常に終了したか否かを判別する。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電圧検出回路５２の出力に基づいて、バイパス処理を行った単電池１０の電圧を確認する。単電池１０の電圧が０［Ｖ］であれば、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が正常に終了したと判別する。一方、単電池１０の電圧が０［Ｖ］でなければ、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が正常に終了していないと判別する。
【００６１】
バイパス処理が正常に終了しているときには、本処理を終了し、正常に終了していないときには、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理にエラーが表示したことを表示部２１２に表示させる。これにより、バイパス処理にエラーが生じたことをユーザに知らせることができ、ユーザは、バイパス処理をチェックすることができる。ここで、作業者が目視することにより、バイパス処理をチェックすることができる。また、モータ７１の駆動を制御することにより、バスバー４４を元の位置に一旦戻した後に、バイパス処理を再び行うことにより、バイパス処理が正常に終了したか否かをチェックすることができる。
【００６２】
次に、単電池１０のバイパス処理を行った後の処理について、図１２を用いて説明する。図１２に示す処理は、ＨＶ−ＥＣＵ２１１によって実行される。
【００６３】
ステップＳ２０１において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、イグニッションスイッチがオンに切り替わったか否かを判別し、イグニッションスイッチがオンになれば、ステップＳ２０２の処理を行う。ステップＳ２０２において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が行われた単電池１０が存在するか否かを判別する。バイパス処理を行った単電池１０については、電圧値が０［Ｖ］になるため、電圧値が０［Ｖ］となる単電池１０が存在するか否かを判別すればよい。
【００６４】
バイパス処理を行った単電池１０がなければ、本処理を終了する。そして、図１０で説明したように、電池パック１００の充放電を制御しながら、車両を走行させることができる。一方、バイパス処理を行った単電池１０があれば、ステップＳ２０３の処理に進む。ステップＳ２０３において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、バイパス処理が行われた単電池１０の総数が、所定数よりも多いか否かを判別する。所定数は、図９に示すシステムで要求される出力に基づいて、予め設定された値であり、メモリに格納しておくことができる。バイパス処理が行われる単電池１０の数が増えるほど、電池パック１００の出力が低下するため、システムの要求出力との関係を考慮しながら、所定数を設定することができる。
【００６５】
バイパス処理された単電池１０の総数が所定数よりも多いときには、ステップＳ２０４において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００を交換する必要があると判断する。このとき、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００を交換する必要があることを示す情報を、表示部２１２に表示させることができる。なお、電池パック１００を交換する必要があることを示す情報は、音声等を用いてユーザ等に知らせることもできる。電池パック１００を交換する必要があると判断したとき、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００の充放電を禁止する。
【００６６】
バイパス処理された単電池１０の総数が所定数よりも少ないとき、ステップＳ２０５において、ＨＶ−ＥＣＵ２１１は、電池パック１００の充放電で用いられる制御パラメータを変更する。制御パラメータとしては、例えば、単電池１０の充放電制御で用いられる上限電圧／下限電圧や、単電池１０の入出力の上限値がある。制御パラメータの変更例としては、バイパス処理された単電池１０の数が増えるほど、上限電圧および下限電圧の範囲を狭くすることができる。例えば、バイパス処理された単電池１０の数が増えるほど、上限電圧を小さくすることができる。一方、バイパス処理された単電池１０の数が増えるほど、単電池１０の入出力の上限値を小さくすることができる。
【００６７】
バイパス処理された単電池１０の総数と、制御パラメータとの対応関係を示すマップを予め用意しておけば、バイパス処理された単電池１０の総数に応じて、制御パラメータを特定することができる。このマップは、メモリに格納しておくことができる。なお、バイパス処理された単電池１０の総数に対応した制御パラメータを、演算によって求めることもできる。バイパス処理された単電池１０の総数に応じて、制御パラメータを変更することにより、充放電に用いられる単電池１０の数に適した充放電制御を行うことができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明の実施例２である電池パックについて、図１３を用いて説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００６９】
実施例１では、バスバー４４の回転軸４４ａがＸ方向に延びているが、本実施例では、バスバー４４の回転軸４４ａがＺ方向に延びている。これにより、バスバー４４のプレート部４４ｂは、Ｚ軸の周りで回転する。単電池１０のバイパス処理を行わないときには、バスバー４４のプレート部４４ｂは、正極端子１１の外周面に接触している。一方、単電池１０のバイパス処理を行うときには、バスバー４４を矢印Ｄ２の方向に回転させることにより、プレート部４４ｂを負極端子１２の外周面に接触させることができる。本実施例は、実施例１と比べて、バスバー４４を回転させる方向を変更しただけであり、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１００：電池パック（蓄電装置） １０１：仕切り板
１０２：エンドプレート（拘束機構の一部） １０：単電池（蓄電素子）
１１：正極端子 １２：負極端子
１３：電池ケース １４：安全弁
２０：接続ユニット ２１：ケース
２１ａ：底面 ３０ａ，３０ｂ：ナット（固定部材）
３１ａ，３１ｂ：座金
４１：配線（第１通電ラインおよび第２通電ライン）
４２：締結金具 ４３ａ〜４３ｃ：ボルト
４４：バスバー（導電部材） ４４ａ：回転軸
４４ｂ：プレート部 ４４ｃ：開口部
４５：位置決め金具
６１，６２：拘束バンド（拘束機構の一部）
７１：モータ
７２：ウォームギヤ（動力伝達機構の一部）
７３：ウォームホイール（動力伝達機構の一部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電素子を電気的に接続するための接続ユニットであって、
前記蓄電素子の正極端子および負極端子のうち、一方の端子と電気的に接続され、前記蓄電素子の充放電に用いられる第１通電ラインと、
前記正極端子および前記負極端子のうちの他方の端子と電気的に接続可能であり、前記蓄電素子の充放電に用いられる第２通電ラインと、
前記他方の端子と、前記第２通電ラインとを電気的に接続するための導電部材と、を有し、
前記導電部材は、軸部を中心として、前記他方の端子と接触する位置から前記一方の端子と接触する位置に回転可能であることを特徴とする接続ユニット。
【請求項２】
前記軸部は、前記正極端子および前記負極端子の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の接続ユニット。
【請求項３】
前記導電部材は、前記他方の端子が貫通する開口部を有しており、前記導電部材の回転に応じて、前記開口部に前記一方の端子が進入することを特徴とする請求項１又は２に記載の接続ユニット。
【請求項４】
前記第１通電ライン、前記第２通電ラインおよび前記導電部材を支持し、絶縁材料で形成されたケースを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の接続ユニット。
【請求項５】
前記ケースを貫通した前記正極端子および前記負極端子と係合し、前記ケースを前記正極端子および前記負極端子に固定するための固定部材を有することを特徴とする請求項４に記載の接続ユニット。
【請求項６】
前記導電部材を回転させるための動力を発生するモータと、
前記モータの動力を前記導電部材に伝達して、前記導電部材を回転させる動力伝達機構と、
を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の接続ユニット。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の接続ユニットと、
前記接続ユニットによって電気的に接続される複数の蓄電素子と、
を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項８】
前記複数の蓄電素子は、一方向に並んで配置されており、
前記複数の蓄電素子の配列方向において、前記複数の蓄電素子を挟んで拘束する拘束機構を有することを特徴とする請求項７に記載の蓄電装置。
【請求項１】
複数の蓄電素子を電気的に接続するための接続ユニットであって、
前記蓄電素子の正極端子および負極端子のうち、一方の端子と電気的に接続され、前記蓄電素子の充放電に用いられる第１通電ラインと、
前記正極端子および前記負極端子のうちの他方の端子と電気的に接続可能であり、前記蓄電素子の充放電に用いられる第２通電ラインと、
前記他方の端子と、前記第２通電ラインとを電気的に接続するための導電部材と、を有し、
前記導電部材は、軸部を中心として、前記他方の端子と接触する位置から前記一方の端子と接触する位置に回転可能であることを特徴とする接続ユニット。
【請求項２】
前記軸部は、前記正極端子および前記負極端子の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の接続ユニット。
【請求項３】
前記導電部材は、前記他方の端子が貫通する開口部を有しており、前記導電部材の回転に応じて、前記開口部に前記一方の端子が進入することを特徴とする請求項１又は２に記載の接続ユニット。
【請求項４】
前記第１通電ライン、前記第２通電ラインおよび前記導電部材を支持し、絶縁材料で形成されたケースを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の接続ユニット。
【請求項５】
前記ケースを貫通した前記正極端子および前記負極端子と係合し、前記ケースを前記正極端子および前記負極端子に固定するための固定部材を有することを特徴とする請求項４に記載の接続ユニット。
【請求項６】
前記導電部材を回転させるための動力を発生するモータと、
前記モータの動力を前記導電部材に伝達して、前記導電部材を回転させる動力伝達機構と、
を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の接続ユニット。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の接続ユニットと、
前記接続ユニットによって電気的に接続される複数の蓄電素子と、
を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項８】
前記複数の蓄電素子は、一方向に並んで配置されており、
前記複数の蓄電素子の配列方向において、前記複数の蓄電素子を挟んで拘束する拘束機構を有することを特徴とする請求項７に記載の蓄電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−６９４０６（Ｐ２０１２−６９４０６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３８２０（Ｐ２０１０−２１３８２０）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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